分布式发电与微网1_天津大学王成山-solarbe文库

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王成山郭力 cswangtju.edu.cn liguotju.edu.cn 2011年 5月 9日分布式发电与微网天津大学电气与自动化工程学院分布式发电系统（DG）利用各种分散存在的能源进行发电的系统。如 风能等可再生能源发电系统； 天然气为燃料的冷/热/电联供系统（简称CCHP ）优点可利用丰富的清洁和可再生能源。缺点一些可再生能源具有间歇性和随机性。海洋能其他形式新能源太阳能天然气风能生物质能分布式能源分布集中大型电厂升压变配电变压器枢纽变电站配电变压器常规电网配电变压器工厂企业内燃机居民光伏电池燃料电池商业建筑商业建筑内燃机飞轮储能燃气轮机燃气轮机分布式电源接入常规电网并网运行，易满足负荷需求，有助于可再生能源高效和规模化利用时间轴 /h 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 KW 1000 2000 3000 4000 0 5000 负荷需求曲线 DG输出功率常规电网补充功率差额分布式电源并网运行面对的问题电源特性决定  不可调度（可再生能源）  功率波动（电源间歇性）  需要备用（不提供备用）双向潮流导致  电压调节  保护协调  能量优化分布式电源并网技术分布式电源并网运行方式优点接入方便，运行简单缺点 系统故障退出运行 间歇性影响周边用户 能源综合优化困难 对电网运行调度提出了挑战上述缺点将制约了DG的发展以分布式电源（ DG）为单元输电网络高压配网 110KV G G G G 中压配网 35/10KV 低压配网 0.4KV 负荷负荷 DG DG DG DG DG 微网特征及面对的问题微网的定义、结构、特点定义将区域内分散的小型发电单元（分布式电源）组织起来形成的一个小型能源系统,可为区域内负荷供冷、热和电,同时可以与传统电网并联运行。特点 1使用大量的电力电子装置; 2缺少惯性（储能装置）; 3能运行在两种模式（联网和孤岛）; 4通过单点联入大电网 ; 5分布式电源之间有一定的地理距离微网系统示意图太阳能储能装置风电光伏储能冷热电联供冷热电联供公共电网热、冷热、冷中央控制分布式发电供能系统并网运行方式将分布式电源组成微网（ MG）运行太阳能储能装置风电光伏储能冷热电联供冷热电联供微网边界热、冷热、冷中央控制输电网络高压配网 110KV G G G G 中压配网 35/10KV 低压配网 0.4KV 负荷负荷 MG MG MG MG MG 特点孤网独立运行典型的微网结构 Source IEEE1547.4 可提高分布式电源的有效运行时间； 电网灾变情况下重要用户持续供电； 可避免间歇式电源对周围用户影响； 可再生能源综合优化利用；  经济与社会意义巨大微网方式运行的优点  多种能源输入光、风、氢、天然气等）  多种产品输出（电、冷、热）  多种转换单元（光/电、热/电、风/电；直流/交流）  多种运行状态（并网，独立）  一些电源的间歇性和随机性 认识微网复杂动态行为是揭示相互作用机理的基础问题1 微网运行特性太阳能储能装置风电光伏储能冷热电联供冷热电联供微网边界热、冷热、冷中央控制微网复杂性配电系统中微网的相互影响  微网 - 燃料电池 - 微型燃气轮机 - 储能 - 光伏电池  储能装置  风力发电机  微型水电站  热电联产系统  小型柴油发电机  可切负荷问题2 微网优化设计问题3 微网保护与控制  控制必须保证各状态间的平滑过渡；  必须保证微网并网与独立运行状态的电能质量要求；  分布式电源的多样性、电源的间歇性等增加了困难性，而多微网的协调控制更加困难；目前采用防孤岛保护和控制，不允许微网独立运行，这将降低微网的独特优势，尤其在大面积停电情况下，微网难以发挥作用。 ss V  DC V DC P f x ff V  ss V  ,m ACAC QP , s V AC P DG P SD P DCload P 微网与大电网控制问题的典型区别  分布式电源与接入大电网的电源特性明显不同，后者为同步发电机，具有自同步性，前者很多采用电力电子逆变装置上网，不具自同步性。储能单元影响。  微网中负荷波动对电源输出影响更大，而大电网中负荷波动相对冲击小。  微网的运行状态多变，要求状态转换时无缝切换，大电网没有类似问题。  微网与大电网网络结构和规模完全不同，控制方法完全不同。  二者间的控制目标完全不同，大电网侧重于安全稳定性，微网还要同时关注电能质量问题。  控制成本上微网需要更加经济。相对大电网而言，微网中许多控制问题是独有的，需要独立研究。实时能量功率控制用户负荷间歇电源当前信息当前信息预测预测输入输出功率控制分布式电源控制负荷响应控制配网层面 DG层面负荷层面问题4 微网仿真 1模拟仿真依托实物 2数字仿真单纯算法 3混合仿真模拟数字 1多时间尺度仿真算法（速度精度） 2数字信号与功率级物理信号交接转化 3物理建模的局限性数字模型的可信性问题难度目的全系统能源利用效率最大化。思路在满足运行约束条件下，最大限度利用可再生能源，保证整个微网运行的经济性。在微网高渗透率情况下，通过对微网输出的有效控制，降低配电系统损耗。问题5 微网能量优化与管理 sourceChris Marnay 欧盟微网研究电气与自动化工程学院· 欧盟微网研究项目第五研究框架英国  UMIST  URENCO 葡萄牙  EDP  INESC 西班牙  LABEIN 荷兰  EMforce 美国  EPRI 希腊  GERMANOS  ICCS/NTUA  PPC /NAMDRESD 德国  SMA  ISET 法国  EDF  Ecole des Mines de Paris/ARMINES  CENERG Large Scale Integration of Micro-Generation to Low Voltage Grids ARMINES CENERG ISET ICCS / NTUA GERMANOS EDF SMA UMIST URENCO PPC/NAMDRESD LABEIN 14 个组织 8 个国家 INESC EDP EPRI 电气与自动化工程学院· 欧盟微网研究项目第六研究框架英国  UMIST  I-Power 葡萄牙  EDP  INESC 西班牙  LABEIN  Ziv 荷兰  EMforce  CONTINUON 希腊  GERMANOS  ICCS/NTUA  PPC /NAMDRESD  GRES 德国  SMA  ISET  SIMENS  MVV 法国  Ecole des Mines de Paris/ARMINES Advanced Architectures and Control Concepts for More Microgrids 22 个组织 11 个国家瑞典  ABB 波兰  LRPD  Uinv.LODZ 意大利  CESI 丹麦  ELTRA 电气与自动化工程学院· 欧盟微网实验室NTUA NTUA 安装地点雅典国立大学系统组成  光伏1.1kWSunny Boy 1100  光伏110WSoladin120W  蓄电池（60V，250Ah）SI4500 示范目的  分层控制策略  底层的微源控制和负荷控制器  微网经济性评估  联网和孤岛模式切换电气与自动化工程学院· 欧盟微网实验室Demotec 地点德国卡塞尔大学的太阳能技术研究所（ ISET， Institute for Solar Energy Supply Technology）示范目的  联网孤岛模式切换  P-f 和Q-V下垂控制  不同负荷对微网暂态影响  分布式电源输出波动对微网稳定性影响电气与自动化工程学院· 30kVA柴油发电机 20kVA变速发电机 5.5kVACHP 5kVA模拟风机虚拟蓄电池 15kVA微型电网模拟 80kVA电网模拟单相光伏 -蓄电池系统三相光伏 -蓄电池 -柴油机系统单相光伏 -蓄电池系统电气与自动化工程学院· 欧盟微网实验室ARMINES 示范目的  联网和孤岛运行  微网的上层调度管理，开发基于AGILENT VEE 7和 Matlab的上层软件地点法国巴黎矿业学院的能源研究中心系统组成  光伏3.1kWSunny Boy 850  蓄电池（48V，18.7kWh）SW4548E  柴油机3.2kW  阻性，感性，容性，非线性，电机负荷电气与自动化工程学院· 欧盟微网实验室Labein 地点西班牙巴斯克地区的毕尔巴鄂市示范目的  联网模式下的中央和分散控制策略  微网频率的一次、二次和三次调整  联网和孤岛模式切换  通讯协议验证  微网的需求侧管理电气与自动化工程学院· 欧盟微网实验室Labein 微网接入点两台1250kVA 30kV/400V的变压器微网组成  光伏（0.6kW，1.6kW和3.6kW），直驱式风机（6kW）  2台63kVA的柴油发电机  储能装置蓄电池（48V/1925Ah和24V/120Ah）飞轮储能（250kVA），超级电容器48V/4500F ）  负荷（阻性150kW和50kW，2套36kVA的感性负载）